本發(fā)明涉及交通規(guī)劃與設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種設(shè)置雙左轉(zhuǎn)車道的信號交叉口調(diào)頭區(qū)域設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

目前，城市道路交叉口雙左轉(zhuǎn)車道上的調(diào)頭區(qū)域設(shè)置缺乏科學(xué)、可行的方法，都是交通設(shè)計人員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，致使調(diào)頭車流與左轉(zhuǎn)車流在通行過程中相互干擾明顯，造成了車道時間資源浪費和通行能力下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種設(shè)置雙左轉(zhuǎn)車道的信號交叉口調(diào)頭區(qū)域設(shè)計方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

A)先建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型

建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型的步驟，包括：

a)首先確定設(shè)置調(diào)頭開口的雙左轉(zhuǎn)車道的交通流特性

這里的交通流特性包括三個參數(shù)：單位時間內(nèi)車輛到達率d、左轉(zhuǎn)與調(diào)頭車輛數(shù)比例λ、交叉口停車排隊時車輛占道長度l₀；數(shù)據(jù)主要通過高峰小時交通實地調(diào)查獲??；

b)然后確定交叉口的設(shè)計參數(shù)；

這里的交叉口設(shè)計參數(shù)包括：當前進口道停車線到調(diào)頭開口的距離L₀、調(diào)頭開口寬度h、對向進口車道停車線與該進口停車線的距離L₁、交叉口該進口渠化段長度L₂、左轉(zhuǎn)待行區(qū)長度L₃、相鄰出口道寬度L₄、交叉口處綠化帶寬度L₅、交叉口各進口直行、左轉(zhuǎn)、調(diào)頭的設(shè)計車速V_s、V_l、V_t；以上各參數(shù)通過實地交通調(diào)查獲??；

c)接著確定交叉口信號配時方案；

這里的信號配時方案包括：信號周期時長c、對應(yīng)車流放行的各信號階段次序、各階段的時長；數(shù)據(jù)主要通過實地交通調(diào)查得到；

d)最后建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型

建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型的過程包括：

1)首先分析調(diào)頭車流與左轉(zhuǎn)車流之間的相互影響機理

分析調(diào)頭車流與左轉(zhuǎn)車流之間相互影響機理的過程：首先，分析調(diào)頭車流對左轉(zhuǎn)車流的影響，階段3開始之前，調(diào)頭車輛先于左轉(zhuǎn)車輛到達交叉口處停車排隊，一方面會迫使其身后已進入左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道上的左轉(zhuǎn)車輛提前停車排隊，而從而增加其身后左轉(zhuǎn)車輛綠燈期間的通行時間，另一方面還會對后續(xù)到達的左轉(zhuǎn)車輛的選道行為產(chǎn)生影響；其次，分析左轉(zhuǎn)車流對調(diào)頭車流的影響，階段4時段內(nèi)，如果左轉(zhuǎn)車輛進入交叉口停車排隊在擋住了調(diào)頭開口，那么就會造成后續(xù)到達的調(diào)頭車無法在其綠燈時間內(nèi)通行，從而造成一定時長的“調(diào)頭綠燈空放”；最后，分析左轉(zhuǎn)車流與調(diào)頭車流互不影響的情況，在整個運行周期內(nèi)，左轉(zhuǎn)綠燈時間、調(diào)頭綠燈時間都可以得到充分利用；

2)其次建立兩條左轉(zhuǎn)車道的預(yù)期通行時間計算模型

21)首先建立左轉(zhuǎn)專用車道的預(yù)期通行時間計算模型

建立左轉(zhuǎn)專用車道通行時間計算模型的過程：首先，分析左轉(zhuǎn)專用車道上車輛的離散規(guī)律，左轉(zhuǎn)綠燈期間該車道上的車輛遵循啟動波模型，車流運動以固定波速往后傳播，車輛連續(xù)通過交叉口；其次，建立左轉(zhuǎn)專用車道的預(yù)期通行時間模型，隊列中某一排隊車輛的預(yù)期通過時間等于綠燈啟亮后啟動波傳遞到該排隊車輛的時間與該輛排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；

22)然后建立左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道的預(yù)期通行時間計算模型

建立左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道的預(yù)期通行時間計算模型的過程：首先，分析調(diào)頭車流影響左轉(zhuǎn)車流通行的情況下，首輛調(diào)頭車后面的某輛排隊左轉(zhuǎn)車的通行時間等于上一階段最后一輛直行車通過調(diào)頭開口的清空時間與車輛啟動損失時間與啟動波傳遞到該輛排隊車輛的時間以及該排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；然后，分析左轉(zhuǎn)車影響調(diào)頭車通行和兩種車輛互不影響的情況，兩種情況下左轉(zhuǎn)車的通行時間都不受調(diào)頭車的影響，故其運行規(guī)律與左轉(zhuǎn)專用車道上的車輛相同，應(yīng)等于啟動波傳遞到該排隊車輛的時間與該排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；

3)然后建立雙左轉(zhuǎn)車道下的左轉(zhuǎn)車輛選道模型

建立雙左轉(zhuǎn)車道情況下左轉(zhuǎn)車輛選道模型的過程：首先，分析后續(xù)到達的左轉(zhuǎn)車輛選道的依據(jù)，根據(jù)當前情況下前面兩條車道的交通條件，駕駛員會預(yù)判自己進入前面兩條左轉(zhuǎn)車道后的通行時間，并選擇預(yù)期通行時間較短的那條左轉(zhuǎn)車道排隊等候通行；然后，根據(jù)建立的左轉(zhuǎn)專用車道通行時間計算模型和左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道通行時間計算模型，將兩條車道當前的預(yù)期通行時間進行比較，較小者即為所選車道；

4)最后建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型

建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型的過程：首先，根據(jù)車輛的到達率、選道模型、信號控制方案等參數(shù)，求解兩條左轉(zhuǎn)車道上的車輛排隊與駛離情況；然后，根據(jù)確定的單周期內(nèi)兩條車道可以通過的最大車輛數(shù)，求算出高峰小時內(nèi)可以通過的車輛總數(shù)，既得雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型。

B)再確定雙左轉(zhuǎn)車道上的調(diào)頭區(qū)域位置

確定雙左轉(zhuǎn)車道上調(diào)頭區(qū)域位置的步驟，包括

a)先求解不同調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力

在左轉(zhuǎn)和調(diào)頭車道交通特性、交叉口設(shè)計參數(shù)以及信號控制方案已知的情況下，讓調(diào)頭區(qū)域位置在一個區(qū)間之間變換取值，得出不同調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力；

b)再確定該雙左轉(zhuǎn)車道上的調(diào)頭區(qū)域位置

利用得出的不用調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力，繪制雙左轉(zhuǎn)車道通行能力與調(diào)頭位置的對應(yīng)變化曲線，使得通行能力最大的那個位置就是最佳位置。

本發(fā)明在確定雙左轉(zhuǎn)車道通行能力的過程中，充分考慮了調(diào)頭車流運行特性對后續(xù)左轉(zhuǎn)車流選道行為的影響，并據(jù)此建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型，然后結(jié)合交叉口實際運行特性，進行模型的建立與簡化，并以雙車道綜合通行能力最大為目標確定調(diào)頭區(qū)域的最佳設(shè)置位置，使得該情況下的通行能力計算更加精準。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明在確定雙左轉(zhuǎn)車道調(diào)頭區(qū)域最佳設(shè)置位置時，立足于交叉口實際運行規(guī)律和實際需求，充分考慮了調(diào)頭車流對左轉(zhuǎn)車流車道選擇行為的影響，并據(jù)此建立計算模型，使得調(diào)頭區(qū)域的設(shè)置更加科學(xué)、合理。

2)本發(fā)明沿用以前的交通流啟動波模型和平面交叉口調(diào)頭開口設(shè)計形式，首創(chuàng)雙車道利用率約束下調(diào)頭區(qū)域最佳位置的設(shè)計方法，統(tǒng)籌考慮了左轉(zhuǎn)需求、調(diào)頭需求、交叉口設(shè)計參數(shù)和信號控制方案，使得建立的通行能力計算公式能更加反映調(diào)頭區(qū)域設(shè)置位置對雙左轉(zhuǎn)車道通行能力的影響，可以更好的為交叉口交通設(shè)計與優(yōu)化服務(wù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所適用的平面十字交叉口示意圖；

圖2是本發(fā)明所采用的信號配時方案示意圖；

圖3是調(diào)頭車阻擋左轉(zhuǎn)車通行的交叉口排隊示意圖；

圖4是左轉(zhuǎn)車阻擋調(diào)頭車通行的交叉口排隊示意圖；

圖5是本發(fā)明設(shè)置雙左轉(zhuǎn)車道的信號交叉口調(diào)頭區(qū)域設(shè)計方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：

本發(fā)明通過分析左轉(zhuǎn)和調(diào)頭車流的相互作用機理及其對左轉(zhuǎn)車輛選道的影響，建立了帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型，并以通行效率最優(yōu)為目標確定了雙左轉(zhuǎn)車道調(diào)頭區(qū)域最佳設(shè)置位置，使得左轉(zhuǎn)車流與調(diào)頭車流之間相互影響最小，車道資源利用率最高。

本發(fā)明中的有效綠燈時間是指用綠燈顯示時間減去損失時間。雙車道通行能力是指在當前的道路、交通、控制和環(huán)境條件下，兩條左轉(zhuǎn)車道一小時內(nèi)所通過的最大車輛數(shù)目。車輛占道長度是指包括車輛自身的長度、與前后兩車之間的安全間距在內(nèi)的空間長度。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種設(shè)置雙左轉(zhuǎn)車道的信號交叉口調(diào)頭區(qū)域設(shè)計方法，步驟包括：先建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型、再確定雙左轉(zhuǎn)車道上調(diào)頭區(qū)域位置。

A)在建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型的過程中：

a)要先確定設(shè)置調(diào)頭開口的雙左轉(zhuǎn)車道的交通流特性，即包括三個參數(shù)：左轉(zhuǎn)和調(diào)頭共用車道上的左轉(zhuǎn)車和調(diào)頭車比例λ、車輛到達率d，交叉口停車排隊時車輛占道長度l₀；

b)然后確定交叉口的設(shè)計參數(shù)，包括：如圖1中所示當前進口道停車線到調(diào)頭開口的距離L₀、調(diào)頭開口寬度h、對向進口車道停車線與該進口停車線的距離L₁、交叉口該進口渠化段長度L₂、左轉(zhuǎn)待行區(qū)長度L₃、相鄰出口道寬度L₄、交叉口處綠化帶寬度L₅、交叉口各進口直行、左轉(zhuǎn)、調(diào)頭的設(shè)計車速V_s、V_l、V_t；

c)接著確定交叉口信號配時方案，這里如圖2所示，令調(diào)頭信號在階段3啟亮、階段4結(jié)束，信號周期時長為c、各階段時長依次為g₁、g₂、g₃、g₄；

d)建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型，過程包括：

1)首先分析調(diào)頭車流與左轉(zhuǎn)車流之間的相互影響機理

分析調(diào)頭車流與左轉(zhuǎn)車流之間相互影響機理的過程：首先，分析調(diào)頭車流對左轉(zhuǎn)車流的影響，如圖3所示，階段3開始之前，調(diào)頭車輛先于左轉(zhuǎn)車輛到達交叉口處停車排隊，一方面會迫使其身后已進入左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道上的左轉(zhuǎn)車輛提前停車排隊，而從而增加其身后左轉(zhuǎn)車輛綠燈期間的通行時間，另一方面還會對后續(xù)到達的左轉(zhuǎn)車輛的選道行為產(chǎn)生影響；其次，分析左轉(zhuǎn)車流對調(diào)頭車流的影響，如圖4所示，階段4時段內(nèi)，如果左轉(zhuǎn)車輛進入交叉口停車排隊在擋住了調(diào)頭開口，那么就會造成后續(xù)到達的調(diào)頭車無法在其綠燈時間內(nèi)通行，從而造成一定時長的“調(diào)頭綠燈空放”；最后，分析左轉(zhuǎn)車流與調(diào)頭車流互不影響的情況，在整個運行周期內(nèi)，左轉(zhuǎn)綠燈時間、調(diào)頭綠燈時間都可以得到充分利用。

2)其次建立兩條左轉(zhuǎn)車道的預(yù)期通行時間計算模型

21)首先建立左轉(zhuǎn)專用車道的預(yù)期通行時間計算模型

建立左轉(zhuǎn)專用車道通行時間計算模型的過程：

左轉(zhuǎn)綠燈期間該車道上的車輛遵循啟動波模型，車流運動以固定波速往后傳播，車輛連續(xù)通過交叉口；其次，建立左轉(zhuǎn)專用車道的預(yù)期通行時間模型，隊列中某一排隊車輛的預(yù)期通過時間等于綠燈啟亮后啟動波傳遞到該排隊車輛的時間、該輛排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；由此可知，在無溢出情況下，左轉(zhuǎn)專用車道上的第n+1輛排隊車輛的通過時間，應(yīng)該等于排隊隊首車輛的固定延誤時間與啟動波傳遞到第n+1輛排隊車輛的時間以及第n+1輛排隊車輛啟動后通過停車線的時間之和，即有

T₁(n+1)＝G₁+nl₀/|u_w|+t¹_n+1 (1)式中：

G₁為左轉(zhuǎn)車作為隊首車輛時，綠燈啟亮后的固定延誤，一般取2s；

t¹_n+1表示第n+1輛車從啟動加速后一直到通過停車線駛離交叉口的時間；

左轉(zhuǎn)車輛啟動后加速到最大行駛速度所用的時間t_a，

t_a＝V_l/a (2)

左轉(zhuǎn)車輛啟動后加速到最大行駛速度所駛過的距離l_a，

l_a＝(at_a²)/2 (3)

當l_a≥nl₀時，車輛通過停車線之前一直處于加速狀態(tài)，則有

當l_a<nl₀時，車輛通過停車線之前經(jīng)歷了一段加速過程和勻速行駛過程，則有

綜上

22)然后建立左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道的預(yù)期通行時間計算模型

建立左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道的預(yù)期通行時間計算模型的過程：

221)分析調(diào)頭車流影響左轉(zhuǎn)車流通行的情況

首輛調(diào)頭車后面的某輛排隊左轉(zhuǎn)車的通行時間等于上一階段最后一輛直行車通過調(diào)頭開口的清空時間與車輛啟動損失時間與啟動波傳遞到該輛排隊車輛的時間以及該排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；

假設(shè)排隊車輛的平均加速度為a，左轉(zhuǎn)車輛最大行駛速度等于交叉口左轉(zhuǎn)車道設(shè)計車速為V_l，從調(diào)頭口往后有m輛車排隊，那么，左轉(zhuǎn)車作為第m+1輛排隊車輛，其通過時間為

T₂(m+1)＝G₂+ml_j/|u_w|+t¹_m+1 (7)

其中

G₂＝(L₁+L)/V_s+2 (8)

式中：G₂表示左轉(zhuǎn)車等待調(diào)頭車駛離的時間；

t¹_m+1表示第m+1輛車從啟動加速后一直到通過停車線駛離交叉口的時間；

根據(jù)公式(2)和公式(3)，同理可知

當l_a≥ml₀+L+l_T時，車輛通過停車線之前一直處于加速狀態(tài)，則有

當l_a<ml₀+L+l_T時，車輛通過停車線之前經(jīng)歷了一段加速過程和勻速行駛過程，則有

綜上

222)分析左轉(zhuǎn)車影響調(diào)頭車通行和兩種車輛互不影響的情況

兩種情況下左轉(zhuǎn)車的通行時間都不受調(diào)頭車的影響，故其運行規(guī)律與左轉(zhuǎn)專用車道上的車輛相同，應(yīng)等于啟動波傳遞到該排隊車輛的時間與該排隊車輛啟動后通過交叉口停車線的時間之和；

3)然后建立雙左轉(zhuǎn)車道下的左轉(zhuǎn)車輛選道模型

這里建立雙左轉(zhuǎn)車道情況下左轉(zhuǎn)車輛選道模型的過程：首先，分析后續(xù)到達的左轉(zhuǎn)車輛選道的依據(jù)，根據(jù)當前情況下前面兩條車道的交通條件，駕駛員會預(yù)判自己進入前面兩條左轉(zhuǎn)車道后的通行時間，并選擇預(yù)期通行時間較短的那條左轉(zhuǎn)車道排隊等候通行；然后，根據(jù)建立的左轉(zhuǎn)專用車道通行時間計算模型和左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道通行時間計算模型，將兩條車道當前的預(yù)期通行時間進行比較，較小者即為所選車道，即

t＝min{T₁(n+1),T₂(m+1)} (12)

式中：

N——代表自然數(shù)；

β——表示左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道上，調(diào)頭口處首輛調(diào)頭車啟動時因前方左轉(zhuǎn)車影響而產(chǎn)生的延誤；

4)最后建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型

建立帶有調(diào)頭區(qū)域的雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型的過程：

首先，根據(jù)車輛的到達率、選道模型、信號控制方案等參數(shù)，求解兩條左轉(zhuǎn)車道上的車輛排隊與駛離情況；

41)先求解兩條左轉(zhuǎn)車道上的車輛排隊與駛離情況

411)階段3開始之前，L+h段上排隊的左轉(zhuǎn)車輛數(shù)β的取值范圍為0～x′(x′為的商的最大值，即L₃+L段最大承載量)，則此時至少應(yīng)當有2β輛左轉(zhuǎn)車到達交叉口，該類情況下的概率計算公式為：

假設(shè)階段3開始之前，內(nèi)側(cè)左轉(zhuǎn)與調(diào)頭共用車道上調(diào)頭開口后面最大排隊長度為m+1輛、并且階段3結(jié)束時恰好全部通過，此時共用車道上最后一輛車通過停車線的時間，應(yīng)滿足

T₂(m+1)≤g₃ (14)

假設(shè)階段3開始之前，外側(cè)左轉(zhuǎn)專用車道上排隊長度為n+1輛并且階段3結(jié)束時恰好全部通過,此時左轉(zhuǎn)專用車道上最后一輛車通過停車線的時間，應(yīng)滿足

T₁(n+1)≤g₃ (15)

則此時，階段3內(nèi)兩條左轉(zhuǎn)車道通過的全部車輛數(shù)為

412)針對階段4時段，只有調(diào)頭車可以通過調(diào)頭開口駛離交叉口，左轉(zhuǎn)車必須停車排隊的情況，需要計算t秒內(nèi)到達輛左轉(zhuǎn)車的概率：根據(jù)假設(shè)條件，車輛均勻分布，則2k輛左轉(zhuǎn)車對應(yīng)輛調(diào)頭車，此時問題轉(zhuǎn)化為：

計算t秒內(nèi)到達車輛總數(shù)為的概率假設(shè)車輛到達服從泊松分布，可知t秒內(nèi)到達車輛總數(shù)為的概率為

其中m＝d·t，表示在計數(shù)間隔t內(nèi)平均到達的車輛數(shù)，

則此時，階段4內(nèi)通過的調(diào)頭車全部以最大速度V_t通過，則階段4通過的最大車輛數(shù)

42)再求解雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力

根據(jù)確定的單周期內(nèi)兩條車道可以通過的最大車輛數(shù)，求算出高峰小時內(nèi)可以通過的車輛總數(shù)，既得雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力計算模型

B)再確定雙左轉(zhuǎn)車道上調(diào)頭區(qū)域位置，具體是

a)先求解不同調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力

在左轉(zhuǎn)和調(diào)頭車道交通特性、交叉口設(shè)計參數(shù)以及信號控制方案已知的情況下，讓調(diào)頭區(qū)域位置在0到L₂之間變換取值，得出不同調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力；

b)再確定該雙左轉(zhuǎn)車道的調(diào)頭區(qū)域位置

利用得出的不同調(diào)頭區(qū)域位置下該雙左轉(zhuǎn)車道的通行能力，繪制雙左轉(zhuǎn)車道通行能力與調(diào)頭位置的對應(yīng)變化曲線，使得通行能力最大的那個位置就是最佳位置。

綜上，本發(fā)明提供了一種雙左轉(zhuǎn)車道通行能力計算模型，并求解了設(shè)置雙左轉(zhuǎn)車道的信號交叉口調(diào)頭區(qū)域設(shè)計方法，克服了目前雙左轉(zhuǎn)車道下調(diào)頭區(qū)域設(shè)置的盲目性，提高了交叉口時空資源的利用率，具有較高的使用價值。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。